CN116212483B - 一种弹性过滤结构及泵下滤砂装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油气井开采设备技术领域，公开了一种弹性过滤结构和泵下滤砂装置；所述弹性过滤结构包括：叠置的多个过滤片；所述过滤片包括：第一板体、第一衔接斜板、第二板体、第三板体、第二衔接斜板以及第四板体；所述第一板体和所述第二板体通过所述第一衔接斜板相连，所述第三板体通过所述第二衔接斜板与所述第四板体相连；所述第一板体与所述第三板体平行固接，且所述第一衔接斜板和所述第二衔接斜板的板平面相交；其中，相邻的两个所述过滤片中，一个所述过滤片的所述第二板体与另一个所述过滤片的第四板体平行叠置。本发明提供的弹性过滤结构和泵下滤砂装置能够提升防砂效果和可靠性。

Description

一种弹性过滤结构及泵下滤砂装置
技术领域
本发明涉及油气开采设备技术领域，特别涉及一种弹性过滤结构及泵下滤砂装置。
背景技术
目前，辽河油田针对出砂的油气井，普遍采用“防砂泵+泵下砂锚”防排砂工艺，但防砂效果不理想。尤其是出细砂或泥质含量较高的油井，生产后检泵周期仅为3～4个月，且防砂失效后必须起出油管更换泵下砂锚。这主要是由于常规的泵下砂锚过滤层会堆积细砂，使过滤单元节流，导致参与过流的滤砂层面积减小，加剧细砂堆积速度。最终会导致砂锚完全堵死不出或局部滤砂层冲蚀破坏，使防砂失效。
发明内容
本发明提供一种弹性过滤结构及泵下滤砂装置，解决现有技术中井下防砂工艺设备防砂效果和可靠性差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种弹性过滤结构，包括：叠置的多个过滤片；
所述过滤片包括：第一板体、第一衔接斜板、第二板体、第三板体、第二衔接斜板以及第四板体；
所述第一板体和所述第二板体通过所述第一衔接斜板相连，所述第三板体通过所述第二衔接斜板与所述第四板体相连；
所述第一板体与所述第三板体平行固接，且所述第一衔接斜板和所述第二衔接斜板的板平面相交；
其中，相邻的两个所述过滤片中，一个所述过滤片的所述第二板体与另一个所述过滤片的第四板体平行叠置。
进一步地，所述第一板体和所述第三板体叠焊连接。
进一步地，相邻的两个所述过滤片中，一个所述过滤片的所述第二板体与另一个所述过滤片的第四板体叠焊连接。
一种泵下滤砂装置，包括：管柱和设置在所述管柱内的顶推机构、供能模块、控制组件以及上述任一项所述的弹性过滤结构；
所述管柱上开设有通孔，所述通孔与所述弹性过滤结构的过滤通道相对；
所述顶推机构的顶推端沿所述弹性过滤结构的叠置方向顶抵在所述弹性过滤结构上；
所述供能模块分别与所述顶推机构和控制组件相连，所述控制组件与所述顶推机构相连。
进一步地，所述管柱内壁面上开设有挡环，所述弹性过滤结构搁置在所述挡环上，且所述挡环与所述顶推机构的顶推端沿所述弹性过滤结构叠置方向布置在所述弹性过滤结构的两侧。
进一步地，所述顶推机构的顶推端与所述弹性过滤结构之间设置有垫环。
进一步地，所述顶推机构包括：伺服电机和顶推丝杆；
所述顶推丝杆与伺服电机相连，且所述顶推丝杆的端部设置有顶推部，所述顶推部抵靠在所述弹性过滤结构上；
所述伺服电机与所述供能模块和控制组件相连。
进一步地，所述控制组件包括：管内液压传感器、管外液压传感器以及控制芯片；
所述管内液压传感器设置管柱内，所述管外液压传感器设置在所述管柱外，且所述管内液压传感器和所述管外液压传感器分别与所述控制芯片相连；
所述控制芯片分别与所述供能模块以及所述顶推机构相连。
进一步地，所述控制组件还包括：反洗信号接收器以及相匹配的反洗信号源；
所述反洗信号接收器与所述控制芯片相连。
进一步地，所述供能模块包括：电池组件。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的弹性过滤结构及泵下滤砂装置，通过设置过滤粒径可调的弹性过滤结构，从而能够满足根据实际工况调整过滤粒径的需求；即，在通过性良好时，可压缩所述弹性过滤结构，缩小过滤片间的过滤间隙，提升过滤强度；在出现砂层堆积影响通过性时，增大过滤间隙，破坏堆积砂层，提升通过性；从而能够兼顾防砂过滤效果和通过性。另一方面，将弹性过滤结构设置在所述管柱中，并设置顶推机构、供能模块以及控制组件实现自动化顶推操作，从而能够实现弹性过滤结构的过滤规格的自动化调整，从而能够根据管柱内过滤工况灵活调整滤过规格，提升过滤效果，效率并兼顾通过性，提升过滤可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的泵下滤砂装置的结构示意图；
图2为图1中的泵下滤砂装置的弹性过滤结构的结构示意图；
图3为图2中的弹性过滤结构的过滤片的结构示意图；
图4为图1中的泵下滤砂装置的布置示意图；
图5为图1中的泵下滤砂装置的控制组件结构示意图；
图6为图1中的泵下滤砂装置的控制逻辑流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
下面结合附图并参考具体实施例描述本申请。
本申请实施例通过提供一种弹性过滤结构及泵下滤砂装置，解决现有技术中井下防砂工艺设备防砂效果和可靠性差的技术问题。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参见图2和图3，本实施例提供一种过滤结构，即弹性过滤结构200，用作油气井开设工艺中的防砂操作，并且能够满足井下灵活调节过滤规格的目的，从而兼顾过滤效果和通过性。
具体来说，所述弹性过滤结构200由多个过滤片210叠置而成，通过所述过滤片210的结构性设计，使得所述弹性过滤结构200中相邻两个过滤片210之间的间隙大小可以通过压缩力度的调整而改变，从而调整所述弹性过滤结构200的滤过规格。
具体来说，所述过滤片210由两块二折板体构成，即将一块板材在两个位置各弯折一次，从而形成第一板体211、第一衔接斜板213和第三板体215，以及第二板体212、第二衔接斜板214和第四板体216。而后调整两块板的姿态，将所述第二衔接斜板214和所述第一衔接斜板213边沿顶抵步布置，即所述第二衔接斜板214和所述第一衔接斜板213的板平面非平行，而是交叉的状态；而后将所述第一板体211和所述第二板体212叠置固接，从而形成过滤片功能结构，即形成一种类叉状结构。
值得说明的是，所述第三板体215和所述第四板体216通过所述第一衔接斜板213和所述第二衔接斜板214支撑实现相对悬置，并且具备压迫回弹的性能，从而能够调整所述第三板体215和所述第四板体216之间的间隙，调整其自身的滤过规格。同时，还可以在叠置多个所述过滤片210的情况下，进一步通过调整压迫力度调整相邻两个所述过滤片210之间的间隙，调整滤过规格；从而整体上能够实现滤过规格可调的弹性过滤结构200。
当然，为了保证叠置状态下的整体形态，便于通过顶推形成稳定的连续的均匀地滤过规格变化，可将所述第一板体211和所述第三板体215平行成型，可将所述第二板体212和所述第四板体216平行成型，所述第一衔接斜板213与所述第一板体211之间成130～160度成型，相类似的，所述第二衔接斜板214与所述第二板体212之间成130～160度成型。
另一方面，所述第一板体211、所述第一衔接斜板213和所述第三板体215可以采用三块独立的板体拼焊连接，所述第二板体212、所述第二衔接斜板214和所述第四板体216可以采用三块独立的板体拼焊连接。
值得说明的是，所述第一板体211和所述第二板体212可面面叠置并叠焊固接；固定状态稳定可靠。当然，也不排除紧固件连接的方式。
在叠置状态下，相邻两个所述过滤片210中，一个所述过滤片210的所述第三板体215和另一个所述过滤片210的所述第四板体216也可面面叠置，以此类推，可叠置更多个，形成整个所述弹性过滤结构200；为了保证形态可控，可通过叠焊固定也可采用紧固件紧固叠置的所述第三板体215和所述第四板体216。
所述过滤片210的边沿的形态和型面可根据实际的安置工况和衔接结构适应性设置。
参见图1和图4，本实施还提供一种基于上述弹性过滤结构200的应用，即泵下滤砂装置，在油气井700下，安置在抽油泵710上，实现防砂，滤砂。
具体来说，所述泵下滤砂装置包括一管柱100和设置在所述管柱100内的顶推机构300、供能模块400、控制组件600以及上述任一项所述的弹性过滤结构200，构成完整的泵下滤砂机构，在油气井700下实施过滤操作。
为了便于流体流动，所述管柱100上开设有通孔112，所述通孔112与所述弹性过滤结构200的过滤通道相对，从而所述流体可通过所述过滤通道，并滤下一定量的砂。
所述顶推机构300的顶推端沿所述所述弹性过滤结构200的叠置方向顶抵在所述弹性过滤结构200上，从而施加大小可调的顶推力道，便于调整滤过规格，从而从机械结构上实现滤过规格的调整。
所述供能模块400分别与所述顶推机构300和控制组件600相连，提供电能。所述控制组件600与所述顶推机构300相连，控制所述顶推机构300动作时机以及力道大小。
为了便于拆装，所述管柱100根据功能段分为依次可拆卸相连的第一管柱110、第二管柱120以及变扣接头130。
为了实现稳定支撑，所述第一管柱110的内壁面上开设有挡环110，用于承载所述弹性过滤结构200，且将所述顶推机构的顶推端沿所述弹性过滤结构叠置方向布置在所述弹性过滤结构200另一侧，从而可沿叠置方向将所述弹性过滤结构200向所述挡环110顶推挤压，实现滤过规格调整。
为了便于稳定顶推，所述顶推机构300的顶推端与所述弹性过滤结构200之间设置有垫环330，一般可将所述垫环330搁置在所述弹性过滤结构200上。
本实施例中，所述弹性过滤结构200的弹性伸缩方向可设置为沿所述管柱100的轴向，相应地，所述顶推机构300的顶推方向也可沿所述管柱100的轴向，即所述顶推机构300的顶推和回缩沿所述管柱100的轴向布置。
具体来说，所述顶推机构300可由伺服电机320和顶推丝杆310组成；所述顶推丝杆310与所述伺服电机320相连，实现轴向顶推驱动，且所述顶推丝杆310的端部设置有顶推部，用于直接顶抵在所述弹性过滤结构200上或者所述垫环330上；所述伺服电机320与所述供能模块400和控制组件600相连，实现伺服电机320的供能和控制。
值得说明的是，所述顶推丝杆310可设置成管筒形结构，中空内腔供流体通过，丝杆螺母与所述伺服电机320的转动端相连，驱动所述顶推丝杆310轴向移动。所述顶推丝杆310头端可设置密封活塞圈，顶抵在所述第一管柱110的内壁上，实现衔接密封。
当然，也可采用集成的具备轴向伸缩功能的伺服电机320，将所述伺服电机320配置中空的顶推杆。当然，还可以是其他的具备顶推功能的动力装置。
参见图5，为了满足井下自动控制，实现灵活高效的自动调整滤过规格和保证通过性，所述控制组件600设置有液压传感器组630，用于实时监测所述管柱100内外压差，并以此作为自动控制的依据。具体来说，所述液压传感器组630由管内液压传感器631和管外液压传感器632组成。为了能够实现自动控制，可设置控制芯片610，且所述管内液压传感器631和所述管外液压传感器632分别与所述控制芯片610相连；实施获取所述管柱100内外压强，换算压差。
同时，所述控制芯片610还分别与所述供能模块400以及所述顶推机构300，也就是所述伺服电机320相连，实现能量获取以及顶推操作控制。可基于所述控制芯片610构建PID自动反馈控制模式，根据检测到的压差调节顶推力道，实现所述弹性过滤结构200的压缩幅度调整，调整挡砂粒径，减小细砂及泥质在过滤通道附近的堆积效应，减小砂锚完全堵死或冲蚀破坏风险；或者提升过滤强度，提升过滤效果。
为了保证控制结构的功能正常化，所述第二管柱120内设置一隔温抗干扰罩640，将所述供能模块400、所述控制芯片610以及所述伺服电机320隔离。一般来说，所述供能模块400可设置为电池组件。
为了提升过滤性能的可靠性，本实施例还设置了反洗功能，即所述控制组件600还设置有反洗信号接收器620以及相匹配的反洗信号源720；所述反洗信号接收器620与所述控制芯片610相连；并将所述反洗信号源720设置在抽油杆730端部，通过操作所述抽油杆730抵近所述反洗信号接收器620，实现近距离激发，由所述控制芯片610接收反洗信号，实现主动控制顶推操作，调整所述弹性过滤结构200的压缩状态，配合实现反洗操作。
本实施例中，所述反洗信号接收器620可采用钥匙信号接收器，所述反洗信号源可采用钥匙信号线圈。当然还可以是其他近距离激发的信号发送元件和信号接收元件。
参见图6，本实施例提供一种基于上述泵下滤沙装置的滤砂和反洗控制方法。
在实际生产中，首先判断所述伺服电机320行程L是否达到预设极限值，即-L0＜L＜L0，若达到极限值则不再进行调节。
若未达到极限值，读取所述管内液压传感器631和管外液压传感器632的数据，计算生产压强。如压强过高，即大于设定值Pmax，说明过滤通道存在堵塞，通过正转所述伺服电机320电机减小对所述弹性过滤结构200的压缩量，扩大过滤通道，以达到排砂目的；如压强过低，小于设置值Pmin，说明过滤通道不存在堵塞，通过反转所述伺服电机320增大对述弹性过滤结构200的压缩量，缩小过滤通道，以达到挡砂目的。
需要洗井时，下放所述抽油杆730，使钥匙信号线圈通过钥匙信号接收器，所述控制芯片610接收到信号后，控制所述伺服电机320正转，使行程L＝L0，此时所述弹性过滤结构200的过流面积可达到反洗需求。
完成反洗后，再次下放所述抽油杆730，使钥匙信号线圈再次通过钥匙信号接收器，所述控制芯片610接收到信号后，控制所述伺服电机320反转，使行程L＝0，使所述弹性过滤结构200的压缩状态恢复初始设定值，使其可正常挡砂。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的弹性过滤结构及泵下滤砂装置，通过设置过滤粒径可调的弹性过滤结构，从而能够满足根据实际工况调整过滤粒径的需求；即，在通过性良好时，可压缩所述弹性过滤结构，缩小过滤片间的过滤间隙，提升过滤强度；在出现砂层堆积影响通过性时，增大过滤间隙，破坏堆积砂层，提升通过性；从而能够兼顾防砂过滤效果和通过性。另一方面，将弹性过滤结构设置在所述管柱中，并设置顶推机构、供能模块以及控制组件实现自动化顶推操作，从而能够实现弹性过滤结构的过滤规格的自动化调整，从而能够根据管柱内过滤工况灵活调整滤过规格，提升过滤效果，效率并兼顾通过性，提升过滤可靠性。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种弹性过滤结构，其特征在于，包括：叠置的多个过滤片；
所述过滤片包括：第一板体、第一衔接斜板、第二板体、第三板体、第二衔接斜板以及第四板体；
所述第一板体和所述第二板体通过所述第一衔接斜板相连，所述第三板体通过所述第二衔接斜板与所述第四板体相连；
所述第一板体与所述第三板体平行固接，且所述第一衔接斜板和所述第二衔接斜板的板平面相交；
其中，相邻的两个所述过滤片中，一个所述过滤片的所述第二板体与另一个所述过滤片的第四板体平行叠置，所述第一衔接斜板与所述第一板体之间成130~160度成型，所述第二衔接斜板与所述第二板体之间成130~160度成型。
2.如权利要求1所述的弹性过滤结构，其特征在于，所述第一板体和所述第三板体叠焊连接。
3.如权利要求1所述的弹性过滤结构，其特征在于，相邻的两个所述过滤片中，一个所述过滤片的所述第二板体与另一个所述过滤片的第四板体叠焊连接。
4.一种泵下滤砂装置，其特征在于，包括：管柱和设置在所述管柱内的顶推机构、供能模块、控制组件以及如权利要求1~3任一项所述的弹性过滤结构；
所述管柱上开设有通孔，所述通孔与所述弹性过滤结构的过滤通道相对；
所述顶推机构的顶推端沿所述弹性过滤结构的叠置方向顶抵在所述弹性过滤结构上；
所述供能模块分别与所述顶推机构和控制组件相连，所述控制组件与所述顶推机构相连。
5.如权利要求4所述的泵下滤砂装置，其特征在于，所述管柱内壁面上开设有挡环，所述弹性过滤结构搁置在所述挡环上，且所述挡环与所述顶推机构的顶推端沿所述弹性过滤结构叠置方向布置在所述弹性过滤结构的两侧。
6.如权利要求5所述的泵下滤砂装置，其特征在于，所述顶推机构的顶推端与所述弹性过滤结构之间设置有垫环。
7.如权利要求4所述的泵下滤砂装置，其特征在于，所述顶推机构包括：伺服电机和顶推丝杆；
所述顶推丝杆与伺服电机相连，且所述顶推丝杆的端部设置有顶推部，所述顶推部抵靠在所述弹性过滤结构上；
所述伺服电机与所述供能模块和控制组件相连。
8.如权利要求4所述的泵下滤砂装置，其特征在于，所述控制组件包括：管内液压传感器、管外液压传感器以及控制芯片；
所述管内液压传感器设置管柱内，所述管外液压传感器设置在所述管柱外，且所述管内液压传感器和所述管外液压传感器分别与所述控制芯片相连；
所述控制芯片分别与所述供能模块以及所述顶推机构相连。
9.如权利要求8所述的泵下滤砂装置，其特征在于，所述控制组件还包括：反洗信号接收器以及相匹配的反洗信号源；
所述反洗信号接收器与所述控制芯片相连。
10.如权利要求4所述的泵下滤砂装置，其特征在于，所述供能模块包括：电池组件。
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